围岩应力与支架压力监测

第四节 岩石地下工程的监测,一、地压监测概述 岩石工程监测有以下的特点： 实效性 环境复杂 监测信息的时空要求 空间的制约,二、岩体变形与位移的监测 1、围岩表面位移的测量 1）裂隙位移的人工观测 2）围岩表面位移的仪表观测 围岩表面位移可用收敛计、测杆、测枪、滑尺等进行测量。 3）围岩表面位移监测预警方法 围岩表面监测预警可按极限位移与极限位移速度值予以预报。 前一种方法是当围岩表面位移达到极限位移值时立即预警；后一种方法的实例是：围岩的位移使顶板下沉速度报警仪的齿轮机构旋转，使终端的光电转盘获得较大的转速，并将转速变换为电脉冲信号，该信号的频率反映了围岩顶板下沉的速度，当此速度达到极限值时实现自身报警。,JSS30A20m型收敛计（数显式） 精度：0.01mm,DSZ2型精 密水准仪,FS1平板测微器 精度：0.01mm,2 围岩内部位移量测,通过多点位移计，量测不同深度点相对不动点的位移。,1 锚杆内力,A、分离式隧道,7.2 支护结构受力量测,B、连拱式隧道,2 锚杆拉拔,ZY30 最大拉拔力300KN,XYJ4 0.2MPa,3 围岩压力,A、围岩对初期支护压力,XYJ4 0.2MPa,B 初期支护与二衬之间压力,XJG2 22,4 钢支撑受力,XJH2 20MPa,4 混凝土内应力,A、喷射混凝土内应力,XJH2 20MPa,B、二衬混凝土内应力,2、围岩内部位移的测量 这种测量通常采用钻孔多点位移计。 多点位移计主要由在孔中固定测点的锚固器（压缩木锚固器、弹簧锚固器、卡环锚固器、水泥砂浆锚固器等）、传递位移量的连接计（由钢丝、圆钢或钢管制成）和孔口测量头与量测仪器组成。 测量连结件位移量的常用方法有直读式和电传感式两种。,图622 钻孔多点位移计测量围岩位移,1为钻孔 2为为测点锚固器； 3为连接件； 4为量测头；5为保护盖；6为测量计；7为测量基准板,3、围岩松动圈的弹性波测定 1）弹性波在岩体中的传播特性 弹性波在以下条件传播较快：坚硬的岩体；裂隙不发育和风化程度低的岩体；孔隙率小、密度大、弹性模量大的岩体；抗压强度大的岩体；断层和破碎带少或其规模小的岩体；在岩体受压的方向上。 2）测试仪器 声波仪是进行声波测试的主要设备，其主要部件是发射机和接收机。 3）弹性波测定围岩松动圈 松动圈是设计支护强度和参数的重要依据。,图623 隔河岩水电站引水隧顺围岩松动附测定,4、围岩破坏的声发射监测 1）围岩破坏的声发射 当岩体内积累的变形能释放时，应力波同时出现向外传播，形成一系列声发射信号（也称为岩音或地音）。 2）声发射测试系统 声发射监测具有灵敏度高、测试范围广、可实现远距离监测、定时或全天候连续监测、简便适用等优点。,3）岩体声发射的监测 初始期（）生发射信号稀少；随后进入活动期（），生发射频度逐渐达到峰值，渐次下降后形成次峰值；以后进入频度呈单调下降的下降期（），同时岩体的宏观破坏裂纹在本期出现；最后进入沉寂期（）。,三、围岩应力与支架压力监测,1、围岩应力变化的光弹测量 2、锚杆测力计 3、岩柱与支架压力监测,7.3 数据处理,1 围岩变形与位移,拱顶下沉按以下公式进行预处理,周边位移按以下公式进行预处理,然后采用以下的负指数方程进行非线性回归，,以上回归采用Origin 6.0软件完成。,根据以下的边值条件，可推断得出初测前的累计位移u0和时间趋向无穷时的最大位移 umax,根据上述公式可进一步得到t=T（以天为单位）时刻的位移速度v和之前的累积位移占最大推断位移的百分比Iu,2 支护结构受力,锚杆内力和选测项目均采用钢弦式传感器，原始实测数据为传感器钢弦震动频率，根据每个传感器出厂率定表，可按以下公式转换为力或应力,K为率定系数，f0为初频（Hz），f为实测频率（Hz）,7.4 资料分析与反馈,隧道围岩周边位移是围岩动态的显著表现，是判定围岩稳定性的最主要现场量测项目。根据我国现行公路隧道施工技术规范（JTJ04294）规定，隧道周边允许相对位移值如下表。,1 周边位移、拱顶下沉,二次衬砌的施作需满足： （1）周边位移明显收敛，围岩基本稳定； （2）已发生的位移达到预计总位移的8090%； （3）周边位移速率小于0.1 0.2mm/d，或拱顶下沉速率小于0.07 0.15mm/d,隧道周边允许相对位移值(%),2 锚杆轴力,锚杆轴向力是检验锚杆效果与锚杆强度的依据，可根据锚杆极限抗拉强度与锚杆应力的比值K（安全系数）做出判断。通常应保证K1。否则应增加锚杆数量或加粗锚杆直径。,3 围岩压力,围岩压力大小与围岩变形及支护结构的刚度密切相关。分三种情况：,（1）围岩压力大变形量也大，此时应加强支护，以限制围岩变形和控制围岩压力的增长；,（3）围岩压力很小，但其变形量却很大时，则围岩将会失去稳定，此时应立即停止开挖，加强围岩支护和采取辅助施工措施进行加固处理。,（2）围岩压力大，但变形量并不很大，这表明支护时机和支护的封底时间可能过早或支护尺寸及刚度太大，这时应作适当修正支护设计参数。,4 喷层内应力,喷射混凝土层应力是指其切向应力。喷层应力值与围岩压力值及位移量大小有密切关系。喷层应力大的原因是围岩压力和位移量大及支护力度小。,若喷层应力太大，或出现明显裂损或剥落、起鼓等现象，则应作处理，一般是适当增加初始喷层厚度。如果喷层厚度已较厚时，仍然出现明显裂损、起鼓等，则应增强锚杆支护、改变封底时间、调整施工措施，选择二次支护衬砌的最佳时机等，并要继续加强监控量测。,5 浅埋隧道地表下沉,若量测结果表明地表下沉量较大，或出现增加的趋势，则应采取加强支护和调整施工措施，可考虑适当加喷混凝土、增设锚杆、加挂钢筋网、加钢支撑、超前支护、或缩短开挖循环进尺、提前封闭仰拱、甚至预注浆加固围岩等。,另外，在浅埋偏压地段隧道可能发生横向地表位移加下沉，处理较为复杂，应加强量测分析与治理浅埋偏压隧道工程的对策与量测的研究。,图626 光弹应力计的测片（左）及其组装,1为测片；2为啥；3为镀层；4为冷凝剂;5为红丹漆； 6为玻璃片；7为木锥陀内径10 mm，厚度20mm，配以反射镀层、 木锥陀和防潮密封层组装而成,3、岩柱与支架压力监测 1）钢弦压力盒测定压力 根据弹性振动理论，刚弦受拉力作用的自振频率 可表示为压力盒底膜所受压力P（kN）的函数： （690） 式中， 与 为压力盒受压前后刚弦的振动频率（Hz）；R为压力盒系数。 2）压力枕（囊）测定压力,图627 钢弦压力盒结构图,1为工作薄膜 2为底座；3为钢强栓；4为铁芯；5为电磁线圈 6为封盖；7为钢投；8为塞子；9为套管； 10为防水材料；11为电缆；12为钢强支架,图628 压力枕结构示意图,1为腹腔，2为枕环，3为进油嘴，4为排气阀,1、光电传感的特点(见表) 2、光纤传感技术原理 3、光纤传感技术在岩体地下工程监测中的应用 1）光纤刚环式位移计 2）光纤刚弦传感器 3）分布式光纤传感技术,四、光电技术在地下工程监测中的应用,图629 光纤芯内的光传递示意图,Next section,Former section,Return,